热力学试题集vol-2

1、工程热力学试题集18. 1994年流体机械专业研究生入学综合试题工程热力学部分一. 基本知识（每题5分，共20分）：. 理想气体是一种实际上不存在的假想气体，它作了哪些假设？什么条件下，实际气体成为理想气体？. 在p-v图和T-s图上如何判断过程线1-2的q、Du、Dh、w的正负？. 同一种工质的两条可逆绝热过程线在状态参数坐标图上可以相交吗？为什么？. 热力学第一定律的第一解析式、第二解析式和稳定流动能量方程之间有何联系？二. 计算题（每题15分，共30分）：. 临界点是二级相变点，过该点的定温线的一、二阶导数均连续且等于0。已知水的临界点参数为：pc221.297bar，tc374.15，

2、vc0.00326m3/kg。试求其范得瓦尔方程(p+)(v-b)RT中的常数a和b。 . 一个水蒸汽的理想循环，汽轮机的有关参数为p03.43MPa，t0435，pc0.005MPa，不计水在泵中的焓升。求：朗肯循环的热效率；和朗肯循环初终温度相同的卡诺循环的热效率；朗肯循环的平均吸热温度。已知： p=3.43MPa，t=435时， h=3305.038kJ/kg，s=6.970332kJ/(kgK)； p=0.005MPa时，ts=32.9, h'=137.8199kJ/kg，s'=0.4766404kJ/(kgK)， h"=2561.592kJ/kg，s&quo

3、t;=8.395967kJ/(kgK)。答案：一基本知识1所谓理想气体，是一种假想的实际上不存在的气体，假定其分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子间无相互作用力。当压力趋近于零时，实际气体成为理想气体。vTsv, n±p, n=0p, n=0T, n=1T, n=1s, n=ks, n=kv, n± AA 2如图在pv图上 在Ts图上1) 沿定容线进行的过程，不作膨胀功。指向定容线左侧的过程，dv<0，工质被压缩，并接受外功；指向定容线右侧的过程，dv>0，工质膨胀，对外作功。2) 沿定压线进行的过程，不作技术功。指向定压线上方的过程，dp>0，工质压力

4、升高，作负的技术功（接受外界的技术功）；指向定压线下方的过程，dp<0，工质压力下降，对外作技术功。3) 沿定温线进行的过程，内能与焓的变化为零。指向定温线上方的过程，dT>0，工质内能和焓增加；指向定温线下方的过程，dT<0，工质内能和焓减少。4) 沿定熵线进行的过程，即可逆绝热过程，传热量为零。指向定熵线左侧的过程，ds<0，dq<0，工质向外传热；指向定熵线右侧的过程，ds>0，dq>0，工质从外界吸热。 3不可以（1分）。如果可以的话，以该两条相交的绝热过程线和与它们都相交的另一条过程线（如定温、定压、定容等等）共同组成一个热力循环（2分），该

5、循环只有一个过程发生传热，显然违反热力学第二定律的开尔文-普朗克说法，进一步研究可以发现它还违反热力学第一定律。因此同一种工质的两条可逆绝热过程线在状态参数坐标图上不可以相交（2分）。q=Du + wq=Du+D(pv)+Dc2+gDz+wi q= Dh + wt 4热力学第一定律的第一解析式、第二解析式和稳定流动能量方程之间的关系二计算题1(见12. 东北大学材料与冶金工程学院热能工程系1996级工程热力学期末试题B卷)2h1=3305.038kJ/kg， s1=6.970kJ/(kg×K), s2=6.970kJ/(kg×K)x2=0.8199 h2=h'(1-

6、x2)+h"x2=137.82´(1-0.8199)+2561.59´0.8199=2125.07kJ/kgh3=137.82kJ/kght=37.26%hc=1=1=0.5678=487.74K注：原来第一大题的前两小题如下1 一金属杆，一端与沸水接触，另一端与冰接触，即两端温度维持不变，经过一定时间后，金属杆各部分温度均不随时间发生变化，此金属杆是否处于热平衡状态？为什么？2 气球在太阳光下被晒热，里面的空气进行的是什么过程？在p-v图、T-s图上画出过程线的大致位置。 经验算复核，认为题目偏难，故改为如今模样。答案：1 此金属杆不处于热平衡状态（2分）。由热

7、力学第零定律可以推论，互为热平衡的系统必然具有数值上相等的热力学参数来描述其热平衡的特性，这个参数就定义为温度（1分）。本题中，金属杆各部分温度虽然不随时间发生变化，却互不相等，不符合上述推论，因此它不处于热平衡状态（2分）。vTsv, n±p, n=0p, n=0T, n=1T, n=1s, n=ks, n=kv, n± AA2 气球受热膨胀，其橡胶膜弹力也增大，相应增大气体压力，因此有dt>0（或dT>0），dp>0和dv>0（1.5分）。过程线如图所示，是n<0的多变过程（0.5分）。在pv图上（1.5分） 在Ts图上（1.5分）19.

8、1995年热能工程研究生入学工程热力学试题一. 选择：（每空一分，共10分）1. 水在临界温度下的汽化潜热是（）。0kJ/kg；539.15kcal/kg；2257.31kJ/kg；539.15kJ/kg2. mJ()h是（）。压缩系数；温度系数；焦耳-汤姆逊系数；膨胀系数；制冷系数。3. 一个气球在阳光下被晒热，里面的空气进行经历吸热、压力升高和膨胀的过程，其过程指数为（）1<n<k；0<n<1；-<n<0；k<n<4. 压气机按（）过程压缩空气耗功少。绝热过程；定压过程；定温过程；多变过程5. 下面各式中，（）是普遍适用的热力学第一定律解析式

9、。dq=du+dw；dq=du+pdv；dq=cvdT+pdv；dq=dh-vdp6. 下列参数中（）不是状态参数。熵；定压比热；焓；热量中的可用能。7. 水的三相点温度是（）。0；100；374.15；0.01。8. 下列的（）又称为相图。p-v图；p-T图；T-s图；h-s图9. 当渐缩渐扩喷管前后压力数值为（）时，喷管出口气体的流速最大。200bar，50bar；50bar，20bar；20bar，10bar；10bar，1bar10. 典型的不可逆因素不包括（）。摩擦；温差传热；等熵绝热压缩；绝热节流二. 简单回答下列问题：（每题5分，共35分）1. 某封闭热力系统经历一熵增的可逆过程

10、，则该热力系统能否再经历一绝热过程回复原态？若开始时进行的是熵减的可逆过程呢？2. 何谓湿空气？何谓湿蒸汽？湿空气中的水蒸汽和湿蒸汽中的水蒸汽所处的热力学状态有什么不同？3. 一桶河水（约25kg）与一杯开水（约0.5kg）相比，所具有的热能谁多？能的可用性谁大？4. 试将从干饱和蒸汽开始压缩的蒸汽压缩式制冷循环12341定性地画在带有饱和曲线的T-s图上。5. 跨音速喷管和扩压管的根本区别在于什么？6. 简要说明多级压缩中间冷却的目的。7. 热量和内能（热力学能）有什么区别？有什么联系？三. 计算：（15分）三题图设有1kg的理想气体进行可逆循环，如图所示，其中1-2为定熵过程，2-3为定温

11、过程，3-1过程在T-s图上是经过原点的一条直线，并且已知T1=300K，T2=600K。 1.试在p-v图及T-s图上画出这个循环；2.指出过程1-2、2-3和3-1中热量q、功w和内能（热力学能）变化Du三者的正负号或零；3.计算该循环的热效率。（比热和气体常数为定值，其具体数值与本题无关。）四. 计算：（15分） 国产20万千瓦汽轮发电机组的新蒸汽参数为13.24MPa，535，排汽参数为5200Pa，再热参数为2.16MPa，535。试求再热循环的循环热效率ht。已知：13.24MPa， 535时，h=3427.53kJ/kg，s=6.548kJ/(kgK) 13.24MPa，33.9

12、3时，h= 154.01kJ/kg，s=0.486kJ/(kgK) 2.16MPa， 535时，h=3542.83kJ/kg，s=7.493kJ/(kgK) 2.16MPa，259.8时，h=2921.08kJ/kg，s=6.548kJ/(kgK) 5200Pa时，t=33.6，h'= 140.72kJ/kg，s'=0.486kJ/(kgK)， h"=2562.85kJ/kg，s"=8.382kJ/(kgK)五. 计算：（10分）已知比熵的全微分方程式为Tds=cpdT-Tpdp，试导出以温度T和压力p为两个独立变量的比焓的全微分方程式。（提示：dq=dh+

13、dwt）六. 计算：（15分）某一高压容器中装有某种未知的气体，可能是N2、He或者CO2。今在25时从容器中取出一些样品，将它从0.5m3绝热可逆地膨胀到0.6m3，其温度降低到4，试问此气体名称是什么？（假定容器中气体为理想气体，比热为定值）答案：一1. 0kJ/kg；2. 焦耳-汤姆逊系数；3. -<n<0；4. 定温过程；5. dq=du+dw；6. 热量中的可用能。7. 0.01；8. p-T图；9. 10bar，1bar；10. 等熵绝热压缩二1. 不能。可以。因为可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，都不能使熵减少，因此，若封闭热力系统经历一熵增的可逆过程，则该热

14、力系统不能再经历一绝热过程回复原态；若开始时进行的是熵减的可逆过程，则该热力系统可以再经历一绝热过程回复原态。 2. 湿空气是指含有水蒸气的空气，即水蒸气与干空气的混合物；加热到饱和温度的水再加热时，有一部分水变成蒸汽，此时蒸汽和水共存的状态称为湿饱和蒸汽。一般情况下，湿空气中的水蒸汽所处的热力学状态是过热状态，湿蒸汽中的水蒸汽所处的热力学状态是饱和状态。当空气达到饱和时，其中的水蒸汽所处的热力学状态也是饱和状态。Ts蒸汽压缩制冷循环2143 3. 河水热能多，开水中能的可用性大。 4. 蒸汽压缩制冷循环如右图所示。12为干饱和制冷剂蒸汽压缩过程，23为在高于环境温度的前提下排热的问题，34是

15、绝热节流过程，41是蒸发器中冷凝的过程。 5. 力学条件上，跨音速喷管进口压力高，速度低，出口压力低，而扩压管进口压力低，速度高，出口压力高。 6. 作用有两个：一是可以使压缩过程接近等温，减少压缩机耗功；二是可以减轻余隙容积的影响，提高压气机的容积效率。 7. 内能（热力学能）是工质内部物质运动所具有的能量，热量是在热力过程中，仅仅由于温度不同，在系统和外界之间穿越边界而传递的能量。前者是工质自身的热物理性质，后者表现了过程的变化。 p T 2 T2 2 3 3 T1 1 1 v s 三(1) 在p-v图及T-s图上画出这个循环1231：(2) 过程1-2、2-3和3-1中热量q、功w和内能

16、变化Du三者的正负号或零：1-22-33-1q0+-w-+-Du+0-(3) 计算该循环的热效率ht=1-q23=T2(s3-s2)对于31过程，因为是过原点的直线，所以有T=q31=s3=s1 ht=1=1=1=1=0.25四ht=h1=3427.53kJ/kgh2=2921.08kJ/kgh3=3542.83kJ/kg T 1 3 2 6 5 4s四题图x4=0.8874h4=x4(h4"h4')+ h4'=0.8874(2562.85-140.72)+140.72=2290.12kJ/kgh5=h4'=140.72kJ/kgh6=154.01kJ/kgh

17、t= =44.82%五dq=dh+dwtÞTds=dh-vdpdh=Tds+vdp=cpdT-Tpdp+vdp六绝热过程中， 即 Þ 解得 k=1.1695 因为单原子气体k=1.667，双原子气体k=1.40，三个以上原子气体k£1.29，所以题中气体应该是三个以上原子气体，为CO2。20. 东北大学热能工程专业96级学位进修入学试题工程热力学部分一填空：（每空一分，共15分） 确定一个简单可压缩系统的状态的独立变量（状态参数）有个。 描述系统状态变化途径的方程称为。 若工质经历一可逆膨胀过程和一不可逆膨胀过程，且其初态和终态相同，则两过程中工质与外界交换的热量

18、，工质对外作功量，工质的熵变化量相同，工质的内能变化量。 范德瓦尔方程是对_进行修正得到的，用于描述实际气体性质的最简单的状态方程式。它包括项修正，一是考虑分子间相互吸引力使压力减少了，一是考虑分子本身占据一定体积，使分子自由活动空间减少。 当p=0.006112bar，t=0.01时，水处于状态；当p=221.20bar，t=374.15时，水处于状态。 在两个不同温度的之间工作的所有热机，没有任何热机的热效率比热机的热效率更高。 热力学温标的理论依据是，它不依赖于任何测温物质的，只决定于卡诺循环中所传递热量的比例，因而具有普遍意义。二回答问题：（每题四分，共20分） 渐缩喷管内的流动情况，

19、在什么条件下不受背压变化的影响？什么条件下受背压变化的影响？ 卡诺定理是否意味着“热效率愈高的循环，其不可逆性就愈小”？为什么？ 如封闭体系内的流体是不可压缩的，能否用对它作功的方法改变其内能？若可能的话，这种作功过程是什么样的过程？ 流体经过一换热器时，由于摩擦而使流体的出口压力低于进口压力。在这种情况下，其换热量能否用进、出口的焓差来计算？ 试说明在空气为饱和和未饱和时，露点温度、干球温度和湿球温度的大小关系。三 国产20万千瓦汽轮发电机组的新蒸汽参数为13.24MPa，535，排汽参数为5200Pa，再热参数为2.16MPa，535。若忽略泵功，试求再热循环的循环热效率t。（15分）已知

20、： 13.24MPa， 535时，h=3427.53kJ/kg，s=6.548kJ/(kgK) 2.16MPa， 535时，h=3542.83kJ/kg，s=7.493kJ/(kgK) 2.16MPa，259.8时，h=2921.08kJ/kg，s=6.548kJ/(kgK) 5200Pa时，t=33.6，h'= 140.72kJ/kg，s'=0.486kJ/(kgK)， h"=2562.85kJ/kg，s"=8.382kJ/(kgK)传热学部分（略）答案：一填空： 2； 过程方程； 不同，不同，相同； 理想气体状态方程，两，b； 三相共存，临界；6恒温热源

21、，可逆热机（卡诺热机）；7热力学第二定律，性质。二回答问题： 渐缩喷管内的流动，在出口速度等于临界速度时（背压比低于临界压力比时）不受背压变化的影响；在出口速度小于临界速度时（背压比高于临界压力比时）受背压变化的影响。 否。在两个恒温热源之间，不可逆循环的热效率低于可逆循环的热效率，热效率越接近于可逆循环的热效率，其不可逆性越小。但是，恒温热源不同，其可逆循环的热效率也不同，因此不能说“热效率愈高的循环，其不可逆性就愈小”。 如封闭体系内的流体是不可压缩的，不能用对它作功的方法改变其内能。（q=0，dw=pdv=0，所以Du=0） 可以。q=Dh+wt，wt=0，所以q=Dh。 在空气为饱和时

22、，露点温度=湿球温度=干球温度；在空气为未饱和时，露点温度<湿球温度<干球温度。三 （见19. 1995年热能工程研究生入学工程热力学试题）21东北大学一九九七年攻读硕士学位研究生工程热力学试题一回答下列问题（每小题3分，共30分）1 一个渐缩渐放管道是喷管还是扩压管取决于什么？2 在开口系统中pv是流动功（或称推动功），在闭口系统中它有意义吗？3 某报登载一条广告对外转让多功能高效燃水炉技术，你认为该技术可行性如何？4 某企业开发出一种柴油发电机，每小时消耗1kg发热量为42000kJ/kg的柴油，可提供10kW的电力。你对此发电机如何评价？5 理想气体与实际气体相比较，有那些偏

23、差？6 热力学第二定律克劳修斯说法的内容是什么？7 气体绝热流过一段水平放置的等截面管道后，流速有所增加。这是为什么？8 冰箱冷冻室中是否含有水蒸气？为什么？9 由A、B两种气体组成的混合气体，如果它们的质量成分xA>xB，那么它们的摩尔成分是否也一定是yA>yB？10生产高压气体为什么要进行多级压缩和中间冷却？二计算题（10分） 一个质量为M的与外界绝热的金属棒，初始时一端温度为T1，另一端温度为T2，T1>T2，中间温度从T1到T2均匀分布。当到达均匀的终温Tf =后，其不可逆损失为多少？（环境温度为T0）三计算题（15分） 某渐缩喷管，出口截面积为25mm2，进口空气参

24、数为500kPa、600。问背压为多大时达到最大质量流量？最大质量流量是多少？四计算题（15分） 已知氢气的临界压力为1296960Pa，临界温度为33.2K，试计算氢气的范德瓦尔常数。（提示：范德瓦尔方程）五计算题（15分）国产30万千瓦汽轮发电机组的新蒸汽参数为16.67MPa，535，排汽参数为4900Pa，再热参数为3.84MPa、535。试求再热循环的循环热效率ht。已知：16.67MPa，535时，h=3388.86kJ/kg，s=6.4048kJ/(kgK)16.67MPa，32.95时，h=153.042kJ/kg，s=0.4717kJ/(kgK)3.84MPa，535时，h=

25、3526.07kJ/kg，s=7.2118kJ/(kgK)3.84MPa，302.92时，h=2975.72kJ/kg，s=6.4048kJ/(kgK)4900Pa时，t=32.53，h=136.30kJ/kg，s=0.4717kJ/(kgK)h”=2560.95kJ/kg，s”=8.4032kJ/(kgK)六计算题（15分）已知，一团呈球形的、总质量为2×1046kg的氢气，其直径为1.5×1021m，压力为10-11Pa。在万有引力的作用下，该气团会收缩，同时其压力和温度会逐渐升高。假定气团始终不向外放出能量，引力和压力保持相等，当氢气团直径收缩至1.5×10

26、9m时，试计算：1. 引力或压力有多大？2. 此时气团的比容、温度各是多少？（氢气始终按均匀的理想气体处理。）答案：一回答下列问题：1 取决于管道前后的气体的状态。2 有或无。它是由于工质在一定压力下占有一定体积而具有的那部分能量，所以有意义。一般教科书都认为，只有在流动过程中，pv功才有意义，闭口系统中它没有意义。（这是一个正在争论的问题，而且在工程上意义不大。本题怎样答都算对专门送分。）3 违反热力学第一定律，不可行。（本题有实际背景，1996年某文摘报上就连续刊载这样一条广告，而且写明地址在西南某省最著名的Z大学东门北侧200米处。）4 （见 9. 东北大学九五热能工程热力学期末考试试题

27、）5 （见 9. 东北大学九五热能工程热力学期末考试试题）6 热不可能自发地、不付代价地、从低温物体传到高温物体。7 气体流动过程中，质量流量不会变化，流通截面积不会变化，流速增加，那只能是比体积变大。绝热过程比体积变大，压力会有所下降，即有压力损失。应该是摩擦造成的。8 （见 9. 东北大学九五热能工程热力学期末考试试题）9 不一定。因为xA=yA，xB=yB。所以yA和yB的大小还要看它们的分子量的大小。10 （见 9. 东北大学九五热能工程热力学期末考试试题）二计算题T1 dm T20 L dx Tf T0二题图设棒长为L，沿长度方向x处的微元体长为dx，质量为dm，且有，初始时，x处温

28、度为Ti=T1，终了时，x处温度为Tf=。则微元体在整个传热过程中的熵变为dS= cpdm= =沿棒长积分，总的熵变化量为DStotal= = = = =不可逆损失为I=T0DStotal=T0 本题解法似乎还有可商榷之处，一是解的过程偏复杂，二是最后结果中的cp让人感觉不舒服，原答案已经遗失，目前有点找不到感觉。三计算题渐缩喷管当出口压力比=背压比达到临界压力比时质量流量达到最大。对于空气，临界压力比为bcr=0.528，所以出口压力为（也就是背压） p2=bcr×p1=0.528´500=264kPa时质量流量达到最大。出口流速 c2=540.86m/s或 c2=ccr

29、= 540.66m/s出口比容（比体积） v2=v1b-1/k= 0.7908m3/kg最大质量流量 m=0.0171kg/s或者 mmax=A2= A2 =25´10-6´= 0.0171kg/s四计算题根据范德瓦尔方程及其一阶、二阶导数在临界点处等于零的特点，即，和，三个方程可以确定三个参数，所以未知的v、a、b均可求出。气体常数：R= 4124.16J/(kg×K)范德瓦尔常数：a= 6098.24(Pa×m6/kg2)范德瓦尔常数：b= 0.013196(m3/kg)五计算题 （见 9. 东北大学九五热能工程热力学期末考试试题）六计算题氢气的气体

30、常数：R= 4124.16J/(kg×K)收缩前氢气的体积：V0=pr03=1.767´1063m3 温度：T0=2.125K收缩后氢气的体积：V=pr3=1.767´1027m3绝热压缩后，氢气的温度：T=T0=2.125´=5.338´1016K氢气的压力（引力）：p=2.49´1039Pa氢气的比容（比体积）：v=8.835´1020m3/kg22 东北大学1998年工程热力学研究生入学考试试题一. 基本概念（每个概念2分，共20分）1准静态过程；2三相点；3当地音速；4热力学第零定律；5焓；6熵产；7理想气体；8回热

31、循环；9热泵；10饱和湿空气。二回答下列问题（每题5分，共40分）1 过程功能全部为外界所利用吗？外界可利用的是膨胀功的哪一部分？2 热力学第二定律是否可以表述为“自然界的一切过程都是自发地、朝着一个特定方向孤立系统熵增的方向进行的。”？3 热力学第二定律是否可以表述为“功可以全部变为热，但热不能完全变为功。”？4 制冷过程符合热力学第二定律吗？它能否看成是一系列自发过程？5 临界点的特点是什么？6 什么是卡诺循环？7 理想气体状态方程可以表示为吗？8 充满气体的气球由于阳光照射，其温度升高了。试问其中气体进行了什么样的过程？9 能量分为可用能和不可用能，请解释一下“可用”的含义？10 湿球温

32、度、干球温度、露点温度哪个大？三计算（每题20分，共40分） 1设热源温度TH=1300K，冷源温度等于环境温度T0，T0=288K，工质吸热时平均温度为T1=600K，放热时平均温度为T2=300K。已知循环发动机E的热效率ht为相应的卡诺循环热效率hK的80%。若对于每1千克工质热源放出热量100kJ。试分析各相应温度下热量的可用能和不可用能，各处不可逆变化中可用能的损失，并求出动力机作出的实际循环功w0'。2朗肯循环的新蒸汽压力为16.5MPa，温度为535，排汽压力为0.005MPa，忽略泵功，求其循环热效率。已知：p=16MPa，t=530时，h=3385.4kJ/kg，s=

33、6.4131 kJ/(kg×K)t=540时，h=3410.4kJ/kg，s=6.4477 kJ/(kg×K)p=17MPa，t=530时，h=3370.6kJ/kgs=6.3738 kJ/(kg×K)t=540时，h=3399.1kJ/kgs=6.4090 kJ/(kg×K)p=0.005MPa时，ts=32.90，h'=137.77 kJ/kgh"=2561.2 kJ/kgs'=0.4762 kJ/(kg×K)s"=8.3952 kJ/(kg×K)答案：一基本概念1 由一系列内平衡状态所组成的过

34、程。或者确切地说，是由一系列无限接近平衡的状态组成的过程。2 固体、液体、气体三相共存时的状态，在p-T图（相图）上表示为一点，即三相点。3 流体中的音速与流体状态有关。流体在流动过程中，状态不断变化，在某一地点有一定的状态，与该状态相对应的音速称为该点的当地音速。4 若物体C与物体A和物体B之间分别达到了热平衡，则物体A和物体B之间也处于热平衡。另一种说法：当两个热力系各自与第三个热力系处于热平衡时，则两个热力系彼此也处于热平衡。5 H=U+pV，是流动系统中随物质迁移的能量。6 由于热力系统内部不可逆性损耗功而导致的熵的增加。7 分子乃是一些弹性的、不占有体积的质点，分子间也没有相互作用力

35、的气体。8 将工质在某一过程中排出的部分热量用来加热后面过程工质以提高热效率的循环方式。9 消耗机械能将热能从低温处转移到高温处以供利用的设备。10 由空气和饱和水蒸气组成的混合气体。二回答下列问题1 过程功即容积功w，它不能为外界全部利用，wwtD(pv)，外部可以利用的是技术功wt。2 可以。3 不可以。4 符合，可以。5 在临界点压力对比容（比体积）的一阶导数和二阶导数均等于零，此处不分气态、液态，处于同一状态。6 卡诺循环是由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程所组成的可逆循环。它从高温恒温热源T1等温吸热，向低温恒温热源T2等温放热，并输出净功。卡诺循环热效率hc =1。7 可以。8

36、温度升高，体积膨胀，压力增加。是过程指数n<0的多变过程。9 “可用”是指能量能否转换成机械能等高品位能量。10 对于未饱和空气，干球温度>湿球温度>露点温度；对于饱和空气，三者相等。三计算1（1）已知qH=100kJ/kg，T0=288K。温度TH=1300K的热源放出的热量qH中可用能=qH=100=77.9kJ/kg不可用能=10077.9=22.1kJ/kg（2）被T1=600K的工质吸入后，热量q1=100kJ/kg中可用能=q1=100=52kJ/kg不可用能=10052=48kJ/kg由于不可逆传热引起可用能的损失=77.952=25.9kJ/kg，或可用能损失

37、=T0Ds孤立系=288=25.9kJ/kg。以下各处可用能损失也都按上述方法进行。（3）工作在T1=600K、T2=300K之间的卡诺循环机，热效率和循环功分别为hK =1=1=50%w0 =hK q1=0.5´100=50kJ/kg已知实际的循环发动机热效率ht =0.8hK =0.8´0.5=40%，故实际循环功w0=ht q1=0.4´100=40kJ/kg实际放热量q2=10040=60kJ/kg循环功损失=w0w0=5040=10kJ/kg（4）工质在T2=300K下，向冷源放出的热量q2=60kJ/kg中可用能= q2=60=2.4kJ/kg不可用能

38、=602.4=57.6kJ/kg（5）实际循环发动机中由不可逆损失引起的可用能损失=52402.4=9.6kJ/kg由上述看出可用能损失不等于循环功损失，因为循环功损失转化成热，在热机放热温度T2=300K下向冷源放出，与环境之间还存在温差而具有循环功损失=10kJ/kg´ =10´=0.4kJ/kg的可用能。（6）冷源在环境温度T0下获得的热量q0=60kJ/kg中可用能=0不可用能=60kJ/kg（7）整个装置作为一个孤立系，则总熵增Ds孤立系=+=+=0.1314kJ/(kg×K)可用能总损失=T0Ds孤立系=288´0.1314=37.9kJ/k

39、g。或 可用能总损失=25.9+9.6+2.4=37.9kJ/kg2经两级插值，算得新蒸汽焓 h1=3390.625kJ/kg 新蒸汽熵 s1= 6.4109kJ/(kg×K) 乏汽的熵 s2=s1=6.4109 kJ/(kg×K) 排汽干度 x2= 0.749 排汽焓 h2= x2h"+(1x2)h'=0.749´2561.2+(10.749)´137.77 = 1953.95kJ/kg 循环热效率为 ht=1=1= 0.441723. 一九九九年硕士研究生入学考试试题工程热力学一问答题（每题4分，共40分）1. 状态量和过程量有何区

40、别？举例说明之。2. 功不是状态参数，为什么内能（热力学能）与推动功之和upv反而为状态参数？3. 试判断下面所列的论断是否正确：气体吸热后一定膨胀，内能（热力学能）一定增加。气体膨胀时一定对外作功。气体被压缩时一定消耗外功。4. 气体的比热容到底是变值还是定值？它和哪些因素有关？为什么气体有变比热容又有定值比热容？5. 在以空气为工质的某过程中，加入工质的热量有一半转换为功，过程的多变指数n应为多少？6. 在pv图中，不同的定温线和不同的绝热线的相对位置如何？7. 高压容器中的热水进入低压容器后，有一部分变为水蒸气，试解释这一现象产生的原因。8. 如果给定压力比，则应选用什么喷管？若采用缩放

41、喷管将会产生什么现象？9. 在绝热膨胀过程中，既不需要向高温热源吸热，也不需要向低温热源放热，同样可以产生功，是否违背热力学第一定律和热力学第二定律？10. 写出热力学第二定律的克劳修斯说法和开尔文说法。二. 计算题（每题10分，共60分）1. 一列货车的总质量为2×106kg，以6×104m/h的速度行驶，车轮与路轨间的阻力为4.5×10-3kgf/kg。煤在机车中燃烧所发出的热量的10%成为机车的牵引功。若煤的发热量为22300kJ/kg，试求该货车每小时所消耗的煤量。2. 已知汽轮机中蒸汽的流量m=40t/h，汽轮机进口蒸气焓h1=3442kJ/kg，出口蒸

42、汽焓h2=2448kJ/kg。汽轮机每小时散失热量为5×105kJ/h。不计进出口气流的动能差和位能差，求汽轮机的功率。如果进口处蒸汽流速为70m/s，出口处流速为140m/s，进出口高度差为1.6m，那么汽轮机的功率又是多少？3. 绝热封闭的气缸中（V=0.1m3）贮有不可压缩的液体，通过活塞使液体的压力从0.2MPa提高到4MPa，试求：外界对流体所作的功；液体内能的变化；液体焓的变化。4. 密度r=1.3kg/m3的空气，以4m/s的速度稳定地流过进口截面积为0.2m2的管道。出口处密度为2.84kg/m3。试求：出口处气流的质量流量（用kg/s表示）；出口速度为6m/s时，出

43、口截面积为多少（以m2表示）？5. 水在绝热的混合器中与水蒸气混合而被加热。水流入混合器的压力为200kPa、温度为20、焓为84.05kJ/kg、质量流量为100kg/min。水蒸气进入混合器时，压力为200kPa、温度为300、焓为3071.2kJ/kg。混合物离开混合器时压力为200kPa、温度为100、焓为419.14kJ/kg。问每分钟需要多少水蒸气？6. 某蒸气动力厂按朗肯循环工作，汽轮机每小时进汽量为60t，蒸气参数为p1=3MPa、t1=450，排汽压力p2=0.005MPa，汽轮机的相对内效率hI=82%，略去水泵功。试求：循环热效率ht；每千克蒸气在汽轮机中产生的内部功Pi

44、；汽轮机发出的内功率wi；汽轮机排汽口的蒸气干度。p1=3MPa、t1=450时p2=0.005MPa时ts=32.9、h'=137.8199kJ/kg、s'=0.4766404kJ/(kgK)、h"=2561.592kJ/kg、s"=8.395967kJ/(kgK)。答案：一. 问答题1. 状态量只决定于系统的状态，状态改变，状态量也随之发生变化，但状态量的变化数额只与变化过程的始态和终态有关，而与过程的路径无关。过程量是决定于系统变化过程的物理量，系统状态不发生变化，就没有过程量。过程量与变化过程的具体路径有关。2. 推动功pv并不是真正意义上的功，它是

45、随工质运动而运动的一部分能量，因为决定pv功的p、v值均为状态参数，所以pv参数实质也是状态参数，而由u与pv构成的h也是状态参数。3. 不对。定容吸热气体不膨胀，定温过程吸热内能不增加。dv>0，dw=pdv>0，正确。dv<0，dw=pdv<0，正确。4. 气体的比热容是变值，它与气体的性质、所处的状态和具体的热力过程有关。在实际计算中，当温度变化不大时，或对计算结果不要求很准确时，可采用定值比热以简化计算。5. 多变过程传热量q=（cv-）(T2-T1)，作功量w= (T1-T2)。因为q=2w，所以（Cv-）(T2-T1) =2 (T1-T2)可求得：n=2k=

46、21.4=0.66. 在p-v图上，当温度升高时，定温线向右上侧移动；当熵增加时，而绝热线向右上方移动。7. 这一现象称为闪蒸。水从三相点0.01到临界点374.15之间饱和温度与压力一一对应。当压力降低时，饱和温度也随之降低，若原来高压时有较高的温度，这时就会高于饱和温度而成为过热水，但过热水不能稳定存在，只能将一部分水转变成蒸气，吸收大量潜热，将其它水降温至饱和温度。8. 应采用渐缩喷管，因为出口压力高于临界压力。若采用缩放管，喷管内部将发生过度膨胀，重新压缩的现象。当缩放管喉部未达到临界时，内部流动将是平稳的。若缩放管喉部达到临界，以至于过了喉部膨胀仍继续一段的话，出口段内部将发生激波以

47、实现重新压缩。9. 不违反。绝热过程q=0，w=Du，即膨胀功是由内能转化而来的，不违反热力学第一定律。绝热过程仅仅是一个有限的过程，而不是一个连续不断的循环，因此也不能说是违反热力学第二定律。10. 克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地、从低温物体传到高温物体。开尔文说法：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化成功而不留下其他任何变化的热力发动机。二. 计算题1. 列车与路轨之间的总阻力：F=m×f=2´106´4.5´10-3=9000kgf克服阻力机车每小时作功量：W=F×S=9000´6´104=5.4

48、0;108kgf×m =5.29559´109J转换这些功所需的热能：Q=5.29559´1010J所需的煤量：M=2374.7Ton2. Q=DH+mDc2+mgDz+WsWs=Q(DH+mDc2+mgDz)=-5´105-(40´103´(2448-3442)+0+ 0) = 3.926´107kJWs=Q-m(Dh+Dc2+gDz)=-5´105-40´103(2448-3442)+(1402+ 702)´10-3+9.80665´10-3´1.6)=3.8965

49、80;103kJ3. 绝热系统：Q=0膨胀功： W=0内能： DU=Q-W=0焓： DH=DU+D(pV)=0+V(p2-p1)=0.1(40-0.2)´103=3980kJ4. 根据质量守恒，进出口质量流量相等，故： =r1A1c1=r2A2c2=1.3´0.2´4=1.04kg/s仍是质量守恒： A2=/r2c2=1.04/(2.84´6)=0.06103m25. m1×h1+m2×h2=(m1+m2)h3m1×h1-m1h3=m2×h3-m2×h2m2=m1×(h1-h3)/(h3h2)=

50、100´(84.05419.14)/(419.143071.2) =12.635kg/min每分钟需要12.635kg/min。6. ht=x=0.8344h2=x(h2"- h2')+h2'=0.8344(2560.6-137.72)+137.72 =2159.29kJ/kght=36.93%Wi=hoiW=0.82´(3343.0-2159.29)=970.64kJ/kgNi=Gwi=60´10´970.64/3600=16177.37kJ/kg24. 二年攻读硕士学位研究生工程热力学入学考试试题一 问答题（每题4分，共40

51、分）1. 从状态A经过一个可逆等温膨胀过程到达状态B，过程中熵变为DS，如果沿原路径经一不可逆过程返回状态A，总的熵变是多少？传热情况怎么样？2. 系统过程功是膨胀功，为什么在各种循环计算中均使用技术功wt而不使用膨胀功w？3. 试判断下面所列的论断是否正确：如果把生物圈看成一个系统，那么根据熵增原理，它的熵一定增加。q=Du+w是闭口系统的热力学第一定律表达式，不适用于开口系统。系统对外作功一定等于外界所接受到的功。4. 已知100时水蒸气的定压比热容为2.0281kJ/(kg×K)，通用气体常数为8314.41kJ/(kmol×K)，从而算得其定容比热容为1.6662

52、kJ/(kg×K)。算得对吗？为什么？5. 压力变化和截面变化都可以影响气体流动过程，两者的关系应如何评价？6. 写出卡诺定理的内容。7. 液态和气态相互转换过程、固态和液态相互转换过程以及气态和固态相互转换过程各称为什么？8. 在T-s图中，不同的定压线和不同的定容线的相对位置如何？9. 使空气冷却到露点温度以下可以达到去湿的目的，而将湿空气进行等温压缩，能否达到去湿的目的？10. 气体压缩机采用多级压缩、级间冷却有什么作用？。二 计算题（每题10分，共60分）1. 已知新型制冷工质HFC134a（氟里昂134a，CH2F-CF3）的分子量为102.031，临界温度为101.15，

53、临界压力为4.064MPa，试求它的临界比容。2. 已知一个热力循环由五个过程组成，依次是绝热压缩、定容加热、定压加热、绝热膨胀和定容放热过程，循环工质为空气，压缩前工质的状态为0.17MPa、60，压缩后的压力为7.18MPa，循环的最高压力为10.3MPa，排气开始时的压力为0.398MPa，求循环的热效率。3. 0.005MPa时饱和水的温度为32.90，焓为137.77kJ/kg，熵为0.4762kJ/(kg×K)，比容为0.0010052m3/kg。通过水泵使水的压力提高到20MPa，试求：水的焓变。4. 0.7MPa的饱和水蒸气的温度为164.96，焓为2762.9kJ/

54、kg，熵为6.7074kJ/(kg×K)，比容为0.27274m3/kg。通过一拉伐尔喷管后出口温度为4，压力为812.9Pa，此时饱和水焓为16.80kJ/kg，熵为0.0611kJ/(kg×K)，比容为0.0010000m3/kg，饱和蒸汽焓为2508.3kJ/kg，熵为9.0514kJ/(kg×K)，比容为157.267m3/kg。求喷管出口蒸汽流速等于多少（水蒸气进入喷管的速度为10m/s）？5. 已知比热容关系式，试证明理想气体的迈耶公式cpcv=R。6. 工作在1200K和300K两个热源之间的卡诺循环的热效率是多少？答案：一 问答题1. 熵的变化为零。从A到B系统吸热TDS，从B到A系统放热TDSf,BA=T(DSBA-DSg)，因此总的传热为TDS+T(DSBA-DSg)=-TDSg，系统向外放热。(注：DSBA=-DS)2. w=wt+D(pv)，实际循环均属流动系统，随工质运动必有pv功的变化，从而膨胀功中必有D(pv)部分不可